华南农业大学：《农业生态学》课程实验指导（打印版）种群和群落生态学实验、农业生态系统的能量测定、农业生态系统的物流测定和结构分析

目录 综合实验一种群和群落生态学实验 ............. 实验1估算动物种群大小的标记重捕技术........... 实验2植物种内及种间竞争实验 ..........3 实验3植物群落结构调查与物种多样性测定.........5 综合实验二农业生态系统的能量测定............8 综合实验三农业生态系统的物流测定和结构分析.·.·.....15 实验7农业区划资料的应用 实验8植被凋落物和土壤有机物分解的测定法.........17 实验9水分循环和流量的测定 .............20 综合实验四化感作用研究技术 实验10植物化感作用的野外调查 实验11化感作用物收集与生物测定 ............23 实验12化感作用物质的分离···.··.·.·.·......26 综合实验五 环境检测与分析·· ...............28 实验14大气样品的采集和气相色谱分析...........31 实验15农药残留的液相色谱分析·.............33

综合实验一农业生态系统的能量测定 一、实验目的 能量的输入、传递、转化、做功，是生态系统最重要的功能：农业生态系 统的能量流动，是体现农业生产持续运转的基本过程。开设本实验课的目的是使 学生能掌握农业生态系统能测定的基本方法，为进一步分析农业生态系统的能量 流打下基础， 二、实验操作流程 本实验约需要6学时，分三个单元完成，分别测定农田太阳辐射、光合作用 强度和物质所含能量的测定。 实验一农田太阳辐射测定 一、实验目的 1.了解测定光强度的几种途径，并掌握照度计的原理及使用方法。 2.通过不同树冠内及不同群落中光强度的测定，认识植物和光的相互影响。 二、仪器准备 2D一1型照度计、钢卷尺、皮卷尺、记录纸等。并事先选好被测树木及测试群 落。 三、一般说明 地球上所有生命的维持，均依靠米自太阳的辐射能：生物圈所接受的太阳辐 射，其波长范围在220纳米到.3000纳米之间，其许，波长380纳米到720纳 米的可见光谱区的能量约占全部辐射40一45%o绿色植物仅吸收波长380纳米到 740纳米的辐射。 测定太阳辐射有两种途径。第一是测定辐射量，即入射到接收表面上的总辐 射量以热量单位、能量单位或功率单位表示，如卡·厘米·分，或瓦.厘米 ·分。所用测定仪器为各种辐射仪和日射计，前者是以热电偶为基础的热电装 置，后者以双金属片的变形对比做基础。这一途径对研究植物的能量平衡和生态 系统中的能流过程是必要的

第二种途径是测定照度或光强度，即物体表面所获得的光通量，以照度单位 米烛光(1x)或千米烛光(k1x)表示(100k1x二1.5卡·厘米·分)。由于植物 生理有效辐射大致与可见光谱相吻合，所以这一方法也常被生态学或生理学工作 者所采扇。所用测定仪器通常以光电原理为基础，如各种类型的照度计。照度计 通常由光电变换器（光探头）、放大器，显示器等部件构成，关键部件为光探头。 光探头的大小、形状可以不同，但其工作原理是相似的。 硅光电池是光探头的核心，它是一种单结型的半导体器件。受光后，聚集到 PW结两侧的电子通过外连电路而形城可以测试的电流。乳白玻璃为余弦修正片， 以消除入射光和光探头采光面不垂直时的误差。光学滤色玻璃可使硅光电池的光 谱响应曲线接近于人视觉敏感曲线。 放大器将光探头送出的电讯号加以放大，级的显示器。 四、实验步骤 取2D一1型照度计，将电池放入主机箱内（注意极性，勿错置），再将光探头 与主机连接，然后在测量环境内进行调试.先将倍率开关置于xo0,工作选择 开关置于“调零”，旋转调零电位器使电表指针对准零，然后将工作开关旋至“测”。 电表指示数字乘以100，即为此时的光强度测定值。如电表指示数字小于满刻度 值的1/10，应变换量程。将串开关旋至x1o,并重复以上调零步骤，以提高测 量精度。测试结束后，将选择开关拨回“关”位置 掌握仪器调试方法后，分组进行下列测定 1.不同树冠内光的分布：在校园中选树冠密实与疏散的树木各一株，参 考图1一2，分层掘U定树冠内的光强度，同时测定树冠外光强度，做为对照。 每一层重复测定6次，i酞表1一1. 2。不甲群落中光强度测定：选禾草群落、杂类草群落及人工林各一块。 在每一群落中随机设置3个样点，每一样点上参照图1一3，分层测定光强度， 每层重复4次，填八表1一2，取平均值，计算各层相对光强度。 表1·1树冠内光强度测定记录 植物名称： 取样时间： 取样地点：

观测人： 是大树冠幅（米）： 树高（米）： 五、注意事项 在使用照度计的过程中，应特别注意下列事项： 1.在任何情况下不得将光电池直接暴露于强光下，以保持其灵敏度 2.光探头要准确地放置在测定位置，使光电池与入射光垂直，并将电流计 放平，保证读数可靠。 3.每一次测定遵循从高档(×100)到低档(×10，×1)的顺序。 4.每次用毕后，及时关闭电门，以免使电流计受损伤， 5.温度与湿度会影响仪器的灵敏度，不能把照度计有放在潮湿处或温度超 过40℃的地方

实验二光合作用的测定 一、实验目的 1.认识C、C4和CAM类型植物CO2交换日进程的特点及其生态学意义。 2.学握红外线C0,分析仪的一般原理及其使用方法。 二、仪器准备 QGD-07型红外线C02分析仪、同化室（叶室）、照度计或生理有效辐射仪、 通风干湿表(DHM亿型，半导体点温计(7151型，、橡皮泥、毫米方格纸。 三、一般说明 光合作用的过程是绿色植物在光下吸收C02和水合成有机物质，并放出氧 气。光合作用的总反应式如下： C02+H20 -(CH2O)+02 所以测定C02的吸收量，可以作为植物光合作用强度的指标植物生理学研究 发现，植物同化C02的途径有三种类型： (1)磷酸五碳糖途径或碳一3途径，具有这种途径的植物叫C3植物。(2)双羧酸 途径或碳一4途径，这类植物叫C,植物。(3)景天酸代谢途径或CAM途径，这 类植物叫CAM植物。不同植物具有不同的同化C02途径，这是一种重要的生态 适应性，即植物以不同的代谢机制适应不同的生态环境。 在表观上，这三类植物的C02交换日进程曲线出是不同的。一般来说C植 物和C4植物的CO2:交换日进程曲线在白天有较大的吸收峰，而CAM植物的 C02:交换日进程曲线为夜间吸收峰，白天几乎无C0,吸收。在适宜的条件下， C4植物的C02:交换日进程常呈现中午凹陷的双峰曲线，而C:植物的中午 凹陷不明显常呈单峰曲线。 用红外线CO:分析仪可以连续地测定植物的CO2:交换量，从而描绘出植 物的CO2:交换日进程曲线。 四、实验材料 温室中盆栽植物。选用较大的盆（约30cm口径），每盆不少于30株，以保证 测得一个日进程曲线的需要。每种植物材料的盆数视学生人数或组数而定。供试 4

植物的种类可根据各地条件选定，如： C3植物，水稻，小麦。 C,植物：玉米(Zea mays)),高梁(Sorghum vulgare)) CAM植物：仙人掌(Opuntia dillenii), 五、实验步骤 1.预热红外线C02:分析仪 在日出前3小时，将仪器装置搬到室外试验场地（为了方便可特制一个仪器 手推车)，接通电源，打开红外仪电源开关，预热2小时。在仪器顶热期间，连 接好仪器的电路、气路。并检查全套装置是否正常。 2.调红外仪“零点”和标定红外仪“终点” (1)调“零点”：将充装碱石灰的C02:吸收器(G-00)接人气路中（扭G-00两 端的三通活塞)，把气源管和匀：外仪排气管连接起来，封闭气路，调节大气采 样器，维持管道系统内气体流量为0.5升/分。仔细观察红外仪表头，指针缓 慢地转向零位。若指针不停在零位，调节仪器的零点电位器使指针指“。”。 (2、标定“终点”，去掉G-00吸收器（扭G-00两端三通活塞），打开气源管 与红外仪排气管口的连接处，采同开放气路。把气源管接到标准C02:气钢瓶的 检压器的出气嘴上，然 后，小心地打开标准气钢瓶检压器，使之送出标准的C02,气，调节流量加.s升 /分。仔细观察红外仪表示，表头指针指示不对，则调整“络点”电位器，使指 针指示值与标准CO2气浓一寝相符合，凋零和标定后，要记下“零点”电 位器和“终点”电位器指针的指示位置。 3.测定叶子的CO2交换速率 ()采甲开放气路，测定气源（大气）的C02浓度. (2)把选好的植物叶子和半导体点温计探头一起插入叶室，用橡皮泥密封叶 室口。调节叶室冷却水，尽量使叶室内外气温保持一致。调节气泵使叶室内空气 流量达到被测植物光合作用的最适流量。大气采样器是供红外仪分析用的样气， 通常维持0.5升/分的流量为宜。 (3)红外仪电表指针稳定后，记录指针读数，每三分钟记秉一次，连续记录 三次后，取出叶片并立即用毫米方格纸测量叶面积，然后再测定大气CO2浓度

(④)间歇一小时，进行第二次测定。测定的项目和程序同上。如此类推，从 天刚亮测到天黑。 (⑤)在进行C0:交换速率测定的同时，还要测定周围环境曲空气温度，空气 湿度和日照强度，作为CO,交换日进程的参考因子。 在整个测定过程中，把数据及时地记人表2-2中，并根据仪器所附的气体浓 度-mr(pA)标准曲线把所读得的指针读数化成CO2:气体浓度ppm值。最后进行 下列计算

实验三物质热能的测定 能量流动是生态系统的基本功能之一，我们在研究生态系统的能量流动时， 常常要测定物质所含的能量。系统的实物流量计量单位各不相同，将它们转换成 统一的计量单位一能量之后，便可以进行比较分析了。 一、实验目的 了解测定物质能量的原理，掌握J一2800型绝热式热量计的结构和测定物质 热值的原理和方法 二、物质能量测定的机理 物质所含的总热量通常用物质的燃烧热来表示，也就是一定量的物质完全燃 烧，氧化成终产物(C0:,H,0等)所释放的能量。单位重量物质的燃烧热即为 该物质的热值，其单位一般用Kcal/Kg或cal/g,国际统一单位为KJ/kg。 根据热力学原理，热效应应是状态函数，只与热化学反应的开始和终末状态 有关。这一原理使我们易于测定物质所含的能量。几乎所有的有机物均能迅速完 全氧化，因此燃烧热的准确测定就有了可能 三、实验用品 a)R—2800型绝热式热量计1台 b)氧气：为压缩氧，不应含有氢和其他可燃物，禁止使用电解氧。 c)点火丝：一般采用直径小于0.2mm的金属丝（铁、镍、铂、铜），不同 材料的点火丝热值如下（单位：Kcal/Kg): 铁1600 铂100 铜600 镍铬335 镍775 采用金属丝点火，应先切成长度约80~100m的线段（长度依据刚弹内部 构造和引火系统确定)，再把等长的10~15根线段同时放在分析天平上称重，并 计算出每根的平均重量。 d)酸洗石棉 ©)玛瑙研钵 )苯甲酸：已知热值。其热值应经国家计量机关检定。 g)0.1 N NaOH标准液 h)1%酚酞指示剂 i)10%NaC1溶液

四.JR一2800型绝热式热量结构简介 整部热量计由三部分组成一量热系统、外系统和附件（图一、图二） 1.量热系统指样品燃烧、直接测定热量的部分 (1)钢弹：又叫氢弹，是样品燃烧室，由耐酸不锈钢制成，容量300ml,钢 弹由弹头和弹体两部分组成，弹体为一厚壁圆筒，靠简口处的螺纹与弹头旋紧， 中间嵌有耐酸橡皮垫圈，弹头上有两个电极和一个气门。 实验时，钢弹内装待测样品，并充氧气，充氧时，将气门拧下来。充完氧后， 将保护挡环和气门拧好，即可进行实验。实验完毕时，将钢弹上的保护挡环取下， 将气门往下拧，逆止阀被气门顶下去，即可以放余气。 待测样品放在坩埚内，坩埚置于钢弹内两个电极之间的卡环上，点火丝通过 试样与两个电极连接。 (2)内筒：截面为犁形的容器，容积约为3升，实验时内装量热液体（水） (3)内筒搅拌器：装在外套水帽上面，由单相水磁失微电机带动 (4)贝克曼(Beckmann)温度计：刻度范围0~5℃，最小分度值0.01℃， 利用放大镜可估计到0.001℃。温度计的顶端有U型储备管，可以储备多余的水 银，以适应不同的温度的测定（可在0~50℃使用） 与贝克曼温度计配合使用的还有放大镜和电振动装置，放大镜放大率为 10倍，固定于放大镜架上，此架可沿立柱上下移动，以便于观察温度升高，镜 头可在镜筒内前后前后移动，调整距离，镜筒后装6.3V照明灯。 水银柱在毛细管中运动时，由于摩擦作用而具有粘滞作用，使得读数 产生误差，为了消除水银柱的粘滞作用，每次读数前3秒要用振动器振动温度计， 其开关在控制箱面板上。 2.外系统：包括外套、控制箱、立柱等。 (1)外套：包括外简和水帽，是量热系统的环境，实验时充满了蒸馏 水，容积5.5升，外筒是双壁圆柱型容器，中部装有铂电阻感温 元件，中下部装有冷却水管，底部有电加热极板两块，底中部装 有搅拌器，用于搅拌外筒水。外套的水是通过贝克曼温度计的孔 加入的，通过外壳后面的水龙头放出的， (2)支架：有钢弹支架和内筒支架，前者是钢制的，后者是用三个有 机玻璃绝热支架，同时用三个铜制连片连接起来构成的。 8

(3)点火插头：两个实验时，将点火插头连接在钢弹的两个电极上， 引入24V的交流电，引燃点火丝，点燃样品。 (4)控制箱：安装在仪器顶部，仪器的电器控制开关，旋扭等全部装 在控制箱面板上，开机的顺序是：总电源一搅拌—一加热。关 机的顺序相反。 1.附件： (1)输氧装置：由氧气减压器、氧气导管接头和氧气瓶构成。氧气减 压器中带有两个压力表，一个指示氧气瓶的压力，量程为0~ 250kg/cm㎡2，另一个指示钢弹内充氧的压力，量程为0~40kg/ cm2。输氧装置各连接部分禁止使用润滑油，必要时只能使用甘 油。 (2)压样机：将粉状样品压成圆片状。 (3)弹头座：放置弹头的架子。 五、绝热式热量计测定热量的原理 待测样品在高压氧环境中点火完全燃烧，内简的整个升温过程中，绝热式热 量计借助内外筒各有一个铂电阻感温元件以及可控制等电子元件的控制，实现在 试验过程中外筒温度。使内外筒之间不发生热交换，即保持“绝热”，这样可以 通过测定内筒温度的变化，推算出待测物质所含的能量 六、实验步骤 (一）仪器水当量的测定 热量计的水当量就是与其量热体系具有相同热容量的水的重量（以克计）， 其在数值上等于量热体系温度升高1℃所需的热量。量热体系是指在实验过程 中发生热效应所能分布到的部分，即钢弹的全部以及搅拌器、温度计的一部分。 热量计水当量用已知热值苯甲酸，在钢弹内燃烧测定，试样的测定应与水当 量的测定在完全相同的条件下进行。当操作条件有变化时，如更新或修理热量计 上的零件，更换温度计、室温与上次测定水当量时的室温相差5℃以上，以及热 量计移到别处等，均应重新测定水当量。 1.准备阶段 (1)钢弹部分的准备：用玛瑙研钵将苯甲酸研细，在100一105℃烘箱中 烘干3-4小时，冷却到室温，放入到称量瓶中，在盛有硫酸的干燥器中干燥，直 至每克苯甲酸的重量变化不大于0.0005克为止，称此苯甲酸1.0-1.2克，用压片